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Radiometria e Princípios de Sensoriamento

Remoto Hiperespectral

- Porto Alegre, Outubro de 2006 -

Lênio Soares GalvãoInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)

Divisão de Sensoriamento Remoto (DSR)São José dos Campos (SP)E-Mail: lenio@dsr.inpe.br

Lênio Soares Galvão

Radiometria e Princípios de Sensoriamento

Remoto Hiperespectral

Principais Tópicos

Sensoriamento Remoto e Conceitos Radiométricos;

Imagens e Espectros;

Sensoriamento Remoto Hiperespectral;

Propriedades Espectrais da Vegetação;

Propriedades Espectrais dos Solos;

Propriedades Espectrais de Minerais e Rochas;

Propriedades Espectrais da Água;

Técnicas de Análise Espectral.

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Sensoriamento Remoto e Conceitos Radiométricos

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O que é Sensoriamento Remoto?

É uma ferramenta ou atividade científica que usa sensores distantes de um objeto (ou área) para medir a quantidade de radiação eletromagnética refletida ou emitida pelo mesmo e possibilitar a extração de informação.

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Espectro Eletromagnética: O Fóton e Quantidades Radiométricas

Dualidade Onda-Partícula;

A relação entre o comprimento de onda (λ) e a freqüência (v) da radiaçãoeletromagnética é dada por: (1) c = λ/v; (2) v = c/λ ou (3) λ = c/v onde c é a velocidade da luz;

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Embora muitas características da radiação eletromagnética possam ser mais facilmente descritas pela teoria ondulatória, a teoria corpuscular explica melhor como a radiação interage com a matéria;

Segundo esta teoria, a radiação eletromagnética é composta de unidades discretas chamadas fótons. A energia de um fóton (Q, Joules) é dada por: Q = hv onde h = constante de Planck (6.626 x 10-34 Js) e v = freqüência;

A relação entre ambos os modelos (ondas e partículas) é dada por: Q = hc/λ

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Em sensoriamento remoto, é comum caracterizar ondas eletromagnéticas pela sua posição em comprimento de onda no espectro eletromagnético;

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O Que Medimos ?

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(1) Energia Radiante (Q): Q = hv = hc/λ (Joules);

(2) Fluxo Radiante (Φ): fluxo de energia radiante (Q) por unidade de tempo (Joules/s = Watt);

(3) Densidade do Fluxo Radiante (M ou E): é o fluxo radiante (Φ) por unidade de área (Φ/m2 = Wm-2), podendo ser de dois tipos. Na exitância (M), o fluxo radiante deixa a superfície. Na irradiância (E), o fluxo radiante atinge a superfície.

Fonte: Roberts (2005)

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A irradiância varia com a distância entre a superfície e o observador;

(a) Irradiância de uma lâmpada de 100W com 10m de raio: E = 100W/4Π(10m)2 = 100W/1256,6m2 = 0,0756W m-2

(b) Irradiância de uma lâmpada de 100W com 1m de raio: E = 100W/4Π(1m)2 = 100W/12,566m2 = 7,56W m-2

Como a distância Sol-Terra varia sazonalmente, a irradiânciatambém varia ao longo do ano;

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(4) Intensidade Radiante (I): é o fluxo radiante por unidade de ângulo sólido (Φ/Ω; Wsr-1). Não varia com a distância.

Fonte: Roberts (2005)

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(5) Radiância (L): é a medida radiométrica mais precisa em sensoriamento remoto. É o fluxo radiante por unidade de ângulo sólido e área (Wm-2sr-1). Não depende da distância ou do campo de visada.

Φλ

Fonte: Lillesand e Kiefer (1997)

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Fonte: Roberts (2005)

GIFOV = H . IFOV

H é a altura do sensor.

Sensor Imageador ideal:

(1) alta resolução espectral;(2) alta resolução espacial;(3) alta resolução temporal;(4) alta resolução radiométrica.

Como fazer? Viabilidade?

FOV = Field of View;IFOV = Instantaneous Field of View;GIFOV =Ground Instantaneous Field of View.

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Fonte: Roberts (2005)

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Radiometria

Radiometria é a medida da radiação óptica. A partir das medidas de irradiância e radiância, pode-se obter a reflectância (ρ).

Em laboratório/campo, costuma-se usar um padrão de referência de reflectânciaconhecida.

Em imagens, é preciso remover a influência dos efeitos atmosféricos para converter dados de radiância em reflectância de superfície.

ρ = Lsup/E

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Amostrando o Espectro Eletromagnético

Sensoriamento remoto também pode ser considerado um processo de amostragem do espectro eletromagnético;

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A amostragem pode ser feita por sensores com quantidade diferente de bandas com posicionamentos e largura distintos.

Wavelength (nm)

400 800 1200 1600 2000 2400

SPOT 3/HRV (3 channels)

Landsat 5/MSS (4 channels)

Landsat 5/TM (6 channels)

EOS/ASTER (9 channels)

AVIRIS (224 channels)

Laboratory (800 channels)

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Quanto maior for o número de bandas estreitas, melhor será a caracterização das propriedades espectrais dos materiais;

400 900 1400 1900 2400Wavelength (nm)

Reflectance

Sensor

HRV

TM

ASTER

AVIRIS

LABORATORY

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